化学反应原理综合应用.docx

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化学反应原理综合应用

第二篇　高考第Ⅱ卷得分方略

题型一　化学反应原理综合应用

［题型分析］化学反应原理综合应用题是高考Ⅱ卷必考题型之一，问题设计上往往以组合题的形式出现，题目往往围绕一个主题，由多个小题组成，各小题具有一定的独立性，以考查不同的化学反应原理知识为主，有时还兼顾基本概念、元素化合物和简单计算等知识，题目往往还借助于图像、图表、数据等表达化学信息，试题综合性强，难度较大。

[题型示例]

【例】　（14分）能源短缺是人类社会面临的重大问题。

甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景。

（1）工业上一般采用下列两种反应合成甲醇：

反应Ⅰ：

CO（g）＋2H2（g）CH3OH（g）　ΔH1

反应Ⅱ：

CO2（g）＋3H2（g）CH3OH（g）＋H2O（g）　ΔH2

①上述反应符合“原子经济”原则的是反应________（填“Ⅰ”或“Ⅱ”）。

②表中的数据是反应Ⅰ在不同温度下的化学平衡常数（K）。

温度

250℃

300℃

350℃

K

2.041

0.270

0.012

由表中数据判断ΔH1________（填“＞”“＝”或“＜”）0。

③某温度下，将2molCO和6molH2充入2L的密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c（CO）＝0.2mol·L－1，则CO的转化率为________，此时的温度为________（从表中选择）。

（2）已知在常温常压下：

①2CH3OH（l）＋3O2（g）===2CO2（g）＋4H2O（g）

ΔH＝－1275.6kJ·mol－1

②2CO（g）＋O2（g）===2CO2（g）　ΔH＝－566.0kJ·mol－1

③H2O（g）===H2O（l）　ΔH＝－44.0kJ·mol－1

写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式：

____________________________________________________。

（3）某实验小组依据甲醇燃烧的反应原理，设计了如图所示的电池装置。

①该电池正极的电极反应式为_________________________________________________。

②一段时间后，测得溶液的pH减小，该电池总反应的离子方程式为___________________________________________。

【审题指导】　①理解“原子经济”的含义。

②温度对化学平衡常数的影响，温度越高，K越小。

③“三段式”求CO的转化率，求该温度下的平衡常数，此处应特别注意体积“2L”。

④运用“盖斯定律”书写，调方向，变系数，相加减，“耐心”决定成败。

⑤审“介质”，审电极反应物质，正确书写电极反应式，同时注意题目要求。

【标准答案】　

（1）①Ⅰ（1分）　②＜（1分）　③80%（2分）　250℃（3分）

（2）CH3OH（l）＋O2（g）===CO（g）＋2H2O（l）

ΔH＝－442.8kJ·mol－1（3分）

（3）①O2＋2H2O＋4e－===4OH－（2分）

②2CH3OH＋3O2＋4OH－===2CO

＋6H2O（2分）

【评分细则】　

（1）①写成“1”，不得分，②写成“小于”不得

分，③写成“0.80”不扣分，写成“250°”不得分。

（2）状态错（或漏写）、数值错、符号错均不得分。

（3）①不配平不得分，②写成化学方程式不得分。

1．读题要求：

坚持三读：

①泛读，明确有几个条件及求解的问题。

②细读，圈出关键字、关键词，把握数量关系。

③精读，深入思考，挖掘隐含信息，尤其是图像、图表中的信息。

2．做题要求：

①看准题目要求，不要答非所问。

②把握答题要点，不可似是而非。

③卷面整洁规范，不要潦草从事。

④各个问题，逐个突破，切不可因一个问题没解决而放弃其他问题。

⑤遇难而过，不要强攻拦路虎。

3．心理要求：

“我易人易不大意，人难我难不畏难”——向细心要分数。

[跟踪练习]

1．氢气是一种常用的化工原料，如合成氨和尿素[CO（NH2）2]等。

（1）以H2合成CO（NH2）2的有关热化学方程式有：

①N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）

ΔH1＝－92.40kJ·mol－1；

②2NH3（g）＋CO2（g）NH2CO2NH4（s）

ΔH2＝－159.47kJ·mol－1；

③NH2CO2NH4（s）CO（NH2）2（s）＋H2O（l）

ΔH3＝＋72.49kJ·mol－1。

则N2（g）、H2（g）与CO2（g）反应生成CO（NH2）2（s）和H2O（l）的热化学方程式为________________________________________。

（2）尿素在土壤里会缓慢转化成碳酸铵、碳酸氢铵：

CO（NH2）2＋2H2O（NH4）2CO3、（NH4）2CO3＋H2ONH4HCO3＋NH3·H2O。

已知，常温下CH3COOH和NH3·H2O的电离常数相等。

①在同温度、同浓度的下列溶液中，pH由大到小的顺序为______________________（用字母表示）。

a．NH4Cl（aq）　b．氨水　

c．CH3COONH4（aq）d．NH4HCO3（aq）

e．（NH4）2CO3（aq）

②碳酸铵溶液中c（H＋）－c（OH－）＝______________。

（3）电解制H2的原理为C（s）＋2H2O（l）

CO2（g）＋2H2（g）。

某学习小组拟以二甲醚—空气碱性燃料电池为电源，电解煤浆液（由煤粉与稀硫酸组成）探究上述原理，装置如图所示。

①离子交换膜可能是________（填字母）。

a．阳离子交换膜　b．阴离子交换膜　c．质子交换膜

②已知4.6g二甲醚（CH3OCH3）参与反应，装置Ⅰ的能量转化率为80%，C4极收集到8064mL（标准状况）气体，装置Ⅱ的电流效率η＝________。

（电流效率η＝

×100%）

（4）在电催化作用下，丙烷与水反应生成氢气和一种含有三元环的环氧化合物X。

写出该反应的化学方程式：

______________________；环氧化合物Y是X的同分异构体，Y的结构简式为__________________________。

解析：

（1）根据盖斯定律，①＋②＋③得：

N2（g）＋3H2（g）＋CO2（g）===CO（NH2）2（s）＋H2O（l）　ΔH＝（－92.40－159.47＋72.49）kJ·mol－1＝－179.38kJ·mol－1。

（2）①根据越弱越水解知，水解能力排序为CO

＞HCO

＞NH

＝CH3COO－，所以同温度、同浓度的碳酸铵溶液的碱性比碳酸氢铵溶液的强。

即同温度、同浓度条件下，氨水、碳酸铵溶液、碳酸氢铵溶液、醋酸铵溶液、氯化铵溶液的pH依次减小。

②碳酸铵溶液中，由电荷守恒知c（NH

）＋c（H＋）＝c（OH－）＋c（HCO

）＋2c（CO

），变形得c（H＋）－c（OH－）＝c（HCO

）＋2c（CO

）－c（NH

）。

（3）①二甲醚发生氧化反应，C1极为负极，C4极为阴极，C3极为阳极。

C3极的电极反应式为C－4e－＋2H2O===CO2↑＋

4H＋，C4极的电极反应式为4H＋＋4e－===2H2↑。

阴极区氢离子的浓度减小，阳极区中氢离子从左透过交换膜向右迁移，故离子交换膜可能为质子交换膜或阳离子交换膜（煤浆中没有其他阳离子）。

②装置Ⅰ中负极反应式为CH3OCH3－12e－＋16OH－===2CO

＋11H2O，n（CH3OCH3）＝0.1mol，装置Ⅰ向装置Ⅱ提供电子的物质的量为0.1mol×12×80%＝0.96mol。

n（H2）＝

＝0.36mol，生成0.36mol氢气需要电子的物质的量为0.72mol。

根据电流效率定义，装置Ⅱ的电流效率η＝

×100%＝75%。

（4）CH3CH2CH3与H2O反应生成氢气和X，X是三元环氧化合物，1个三元环上含1个氧原子、2个碳原子，即X为甲基环氧乙烷，它的环氧化合物类同分异构体为环氧丙烷。

答案：

（1）N2（g）＋3H2（g）＋CO2（g）CO（NH2）2（s）＋H2O（l）　ΔH＝－179.38kJ·mol－1

（2）①b＞e＞d＞c＞a　②c（HCO

）＋2c（CO

）－c（NH

）

（3）①ac　②75%

（4）CH3CH2CH3＋H2O

（或

）

2．CO2是一种温室气体，如何处理、利用CO2是当前重点研究的课题。

（1）利用FeO吸收CO2的化学方程式为6FeO＋CO2===2Fe3O4＋C，则反应中每生成1molFe3O4，转移电子的物质的量为________mol。

（2）Li4SiO4可用于富集得到高浓度CO2。

原理：

在500℃，低浓度CO2与Li4SiO4接触后生成两种锂盐；加热至700℃，反应向相反方向进行，放出高浓度CO2，Li4SiO4再生。

700℃时反应的化学方程式为_______________________________________。

（3）CO2可与CH4反应制取H2，其原理为CO2（g）＋CH4（g）2CO（g）＋2H2（g）。

①已知：

CH4（g）＋2O2（g）CO2（g）＋2H2O（g）　ΔH1＝akJ·mol－1；

CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g）　ΔH2＝bkJ·mol－1；

2CO（g）＋O2（g）2CO2（g）　ΔH3＝ckJ·mol－1。

反应CO2（g）＋CH4（g）2CO（g）＋2H2（g）的ΔH＝________kJ·mol－1。

②反应CO2（g）＋CH4（g）2CO（g）＋2H2（g）的平衡常数表达式为______________________________________________。

③向密闭容器中通入物质的量浓度均为0.1mol·L－1的CO2与CH4，在一定条件下发生反应，测得CO2的平衡转化率与温度及压强的关系如图1所示，则压强p1________（填“＞”或“＜”）p2；压强为p2时，在y点：

v正________（填“＞”、“＜”或“＝”）

v逆。

（4）据报道以二氧化碳为原料采用特殊的电极电解强酸性的二氧化碳水溶液可得到多种燃料，其原理如图2所示。

电解时b极上生成乙烯的电极反应式为__________________________________。

（5）CO2可与NaOH溶液反应制备纯碱等物质。

向四只盛有等量NaOH溶液的烧杯中通入不同量的CO2气体后得溶液M，向所得溶液M中逐滴加入同浓度的盐酸至过量，并将溶液加热，产生的气体与加入盐酸体积的关系如图所示：

则下列分析都正确的组合是________（填字母）。

解析：

（1）题中每生成2molFe3O4时，转移4mol电子，故每生成1molFe3O4，转移电子的物质的量为2mol。

（2）由题意知，在500℃，低浓度CO2与Li4SiO4接触后生成两种锂盐，应为Li2CO3和Li2SiO3；故700℃时，生成物为CO2与Li4SiO4，反应物为两种锂盐。

（3）①由盖斯定律知，ΔH＝ΔH1＋2ΔH2－2ΔH3＝（a＋2b－2c）kJ·mol－1。

②平衡常数K＝

。

③相同温度下，压强增大，平衡逆向移动，CO2的转化率减小，故p1＜p2。

温度、压强不变，从y点到平衡的过程中，CO2的转化率增大，说明y点时反应向正反应方向进行，故v正＞v逆。

（4）b极为阴极，通入CO2，生成C2H4，碳元素的化合价从＋4降低至－2，故有2CO2＋12e－―→C2H4，根据电荷守恒可知，反应物中还有H＋，根据元素守恒可知，生成物中有H2O。

（5）根据通入CO2的量的不同，溶液M中溶质的可能组成有四种：

Ⅰ.NaOH和Na2CO3；Ⅱ.Na2CO3；Ⅲ.Na2CO3和NaHCO3；Ⅳ.NaHCO3。

当向溶液M中逐滴加入盐酸时，可能发生的反应有：

NaOH＋HCl===NaCl，Na2CO3＋HCl===NaCl＋NaHCO3，NaHCO3＋HCl===NaCl＋CO2↑＋H2O。

由上述可知：

当溶液M中的溶质为Na2CO3时，所需盐酸的体积OA＝AB，即为图③。

当M中的溶质为NaOH和Na2CO3时，所需盐酸的体积OA＞AB，即为图④。

当M中的溶质为NaHCO3和Na2CO3时，所需盐酸的体积OA＜AB，即为图②，从图中可以看出，NaHCO3的物质的量等于Na2CO3的物质的量，由于CO

的水解程度大于HCO

的，故c（CO

）＜c（HCO

）。

当M中的溶质为NaHCO3时，应立即产生气体，即为图①，HCO

要发生水解，溶液中存在电荷守恒c（Na＋）＋c（H＋）＝2c（CO

）＋c（HCO

）＋c（OH－），根据物料守恒得c（Na＋）＝c（CO

）＋c（HCO

）＋c（H2CO3），两式相减得c（H＋）＋c（H2CO3）＝c（CO

）＋c（OH－）。

答案：

（1）2　

（2）Li2CO3＋Li2SiO3700℃,CO2↑＋Li4SiO4

（3）①a＋2b－2c　②K＝

　③＜　＞

（4）2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O　（5）A

题型二　元素化合物知识的综合应用

［题型分析］无机综合应用题是高考常考的题型之一，它集元素化合物知识、基本概念、基本理论和化学计算等知识于一体，且试题结构紧凑、文字表述少、包含信息多。

具有考查面广、综合性强、思维容量大的特点。

这种题型能较好地考查考生的综合分析能力和逻辑推理能力。

该类型试题层次分明，区分度高，其中无机推断题是一种重要形式，浓缩了元素及其化合物知识，此类试题具有极强的学科特色，题材广、可考查内容多和容易控制卷面难度的题型特点，因而成了高考命题中一种十分重要的命题形式。

[题型示例]

【例】　（16分）A、B、C、D、E五种短周期元素，原子序数依次增大。

A元素的单质是自然界最轻的气体，E单质须保存在煤油中。

A与B、C分别构成电子数相等的化合物M、N，且M是一种能产生温室效应的最简单的有机气体物质；D元素原子最外层电子数是次外层电子数的3倍。

回答下列问题：

（1）M分子中含有________（填“极性”或“非极性”）键。

（2）D与E以1∶1形成的化合物与水反应的化学反应方程式为________________________________________________。

（3）A、B、C、D可形成阳离子和阴离子个数比是1∶1的离子化合物X；A、D、E可形成化合物Y；X与Y以物质的量之比1∶2加热反应，写出反应的化学方程式：

__________________________，反应后水溶液显碱性，原因是________________________（用离子方程式表示）。

（4）由N与D的单质、KOH溶液可以构成原电池，负极会产生C的单质。

则其负极反应式为________；一段时间后，溶液pH________（填“增大”“减小”或“不变”）。

（5）在一定温度下，将4molC单质和12molA单质通入到体积为2L的密闭容器中，发生反应，2min达到平衡状态时，A单质的转化率是50%，则用A单质表示该反应的平均速率为________。

该温度下的平衡常数为K＝________（保留两位有效数字）。

（6）从化学平衡移动的角度分析，提高A单质的转化率可以采取的措施是________（选填序号字母）。

a．及时分离出生成物

b．平衡后再加入6molA物质

c．增大压强

d．使用催化剂

e．平衡后再加入2molC物质

【审题指导】　①看准关键词，找准突破口，关键词均是比较明显的突破口。

②根据突破口，大胆确认元素A：

H，E：

Na，B：

C，C：

N，D：

O。

③按要求作答，看准个数比及要求。

根据要求正确推断物质X：

NH4HCO3、Y：

NaOH，按要求书写化学方程式，解释原因。

④此处是电极反应的信息，按要求回答。

⑤计算速率时一定要注意容器的体积，K按要求保留有效数字。

【标准答案】　

（1）极性（1分）

（2）2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑（2分）

（3）NH4HCO3＋2NaOH

Na2CO3＋NH3↑＋2H2O（2分）

CO

＋H2OHCO

＋OH－（2分）

（4）2NH3＋6OH－－6e－===N2＋6H2O（2分）　减小（1分）

（5）1.5mol·L－1·min－1（2分）　0.15（2分）

（6）ace（2分）

【评分细则】　

（1）按标准答案评分。

（2）不标“↑”扣1分。

（3）少写条件或少写“↑”均扣1分；把“”写成“===”不得分。

（4）写成最简形式不扣分。

（5）漏掉单位或写错扣1分，有效数字保留错不得分。

（6）对一个或两个得1分，有错不得分。

解答无机综合应用题，首先要认真审题，迅速浏览题干、设问、图表、把题目信息挖掘出来，明确题目要求，根据信息及所学知识，找准切入点，通过纵向及横向等思维方式，进行综合分析、推理。

答题时要细心看清要求，规范、严谨。

[跟踪练习]

1．A、B、D、E四种元素均为短周期元素，原子序数逐渐增大。

A元素原子的核外电子数、电子层数和最外层电子数均相等。

B、D、E三种元素在周期表中的相对位置如图1所示，只有E元素的单质能与水反应生成两种酸。

甲、乙、M、W、X、Y、Z七种物质均由A、B、D三种元素中的一种或几种组成，其中只有M分子同时含有三种元素；W为A、B两元素组成的18电子分子，可作火箭燃料；甲、乙为非金属单质；X分子中含有10个电子。

它们之间的转化关系如图2所示。

请回答下列问题：

（1）甲和乙反应生成标准状况下1.12LY，吸收9.025kJ的热量，写出该反应的热化学方程式：

_____________________________。

（2）一定量的E的单质与NaOH溶液恰好完全反应后，所得溶液的pH____________（填“>”、“＝”或“<”）7，原因是____________________________（用离子方程式表示）。

（3）W－空气燃料电池是一种碱性燃料电池，电解质溶液是20%～30%的KOH溶液。

W－空气燃料电池放电时，正极反应式为________________，负极反应式为________________。

（4）将一定量A的单质和乙的混合气体充入容积为1L密闭容器中，在500℃、2×107Pa下达到平衡，测得平衡时混合气体的总物质的量为0.5mol，其中A的单质为0.3mol，乙为0.1mol。

则该条件下A的单质的平衡转化率约为________，该温度下的化学平衡常数为________。

解析：

（1）甲和乙发生的反应为N2（g）＋O2（g）

2NO（g），生成1.12L（即0.05mol）NO时吸收9.025kJ的热量，生成2molNO时，吸收361kJ的热量。

（2）Cl2与NaOH溶液发生的反应为Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O，NaClO是强碱弱酸盐，ClO－水解使溶液显碱性。

（3）电池的总反应式为N2H4＋O2===N2＋2H2O，碱性条件下通入氧气的一极为正极，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，两式相减得到负极反应式。

（4）平衡时A的单质为0.3mol，乙为0.1mol，生成物为0.1mol，起始时A的单质为0.45mol，转化0.15mol，平衡转化率约为33.3%，K＝0.12/（0.1×0.33）＝

。

答案：

（1）N2（g）＋O2（g）===2NO（g）

ΔH＝＋361kJ·mol－1

（2）>　ClO－＋H2OHClO＋OH－

（3）O2＋2H2O＋4e－===4OH－　N2H4＋4OH－－4e－===N2＋4H2O

（4）33.3%　

2．随原子序数递增，八种短周期元素（用字母X等表示）原子半径的相对大小、最高正价或最低负价的变化如图所示。

根据判断出的元素回答问题：

（1）G在元素周期表中的位置是________________。

（2）D、E、G、H四种元素的简单离子的半径由大到小的顺序为______________（用离子符号表示）；Y、Z、F、H四种元素的最高价氧化物对应水化物的酸性由弱到强的顺序为______________（用化学式表示）。

（3）Z与X按个数之比1∶2形成的一种化合物可作火箭的燃料，其电子式为____________。

（4）YX4D用途比较广泛。

①作燃料。

已知0.4molYX4D在足量D2气体中燃烧，恢复至室温，放出290.6kJ热量，写出表示该物质燃烧热的热化学方程式：

__________________________________________________。

②制作燃料电池（简称DMFC）。

该电池由于结构简单、能量转化率高、对环境无污染，可作为常规能源的替代品而越来越受到关注。

DMFC的工作原理如图所示：

通入a的电极是原电池的________（填“正”或“负”）极，其电极反应式为________________。

常温下，用此电池电解（惰性电极）0.5L饱和食盐水（足量），若两极共生成标准状况下的气体1.12L，则溶液的pH为________。

解析：

由图中原子半径的相对大小、最高正价或最低负价可知，X、Y、Z、D、E、F、G、H分别为H、C、N、O、Na、Al、S、Cl。

（1）G是S，位于元素周期表中第三周期ⅥA族。

（2）D、E、G、H四种简单离子分别为O2－、Na＋、S2－、Cl－，S2－、Cl－有三个电子层，而O2－、Na＋只有两个电子层，而电子层结构相同的离子，原子序数越小，半径越大，故离子半径：

S2－>Cl－>O2－>Na＋。

Y、Z、F、H四种元素的非金属性：

Al

（3）N与H按个数之比1∶2形成的一种化合物为N2H4，其电子式为

。

（4）①YX4D为CH3OH。

CH3OH的燃烧热为290.6kJ÷0.4mol＝726.5kJ·mol－1。

②根据图中电子的流向可知通入a的电极为负极，此极CH3OH失电子生成H＋和CO2，根据得失电子守恒和原子守恒可写出电极反应式：

CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋。

根据电解方程式2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑可知，n（NaOH）＝n（氢气）＝0.05mol，故c（OH－）＝0.1mol·L－1，pH＝13。

答案：

（1）第三周期ⅥA族　

（2）S2－＞Cl－＞O2－＞Na＋

Al（OH）3＜H2CO3＜HNO3＜HClO4　（3）

　（4）①CH3OH（l）＋

O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）　ΔH＝－726.5kJ·mol－1　②负　CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋　13

题型三　化学工艺流程综合应用

［题型分析］工艺流程题是近几年高考的热考题型，工艺流程题的结构分题头、题干和题尾三部分。

题头一般是简单介绍该工艺生产的原材料和工艺生产的目的（包括副产品）；题干主要用流程图形式将原料到产品的主要生产工艺流程表示出来；题尾主要是根据生产过程中涉及的化学知识设计成一系列问题，构成一道完整的化学试题。

此类试题集综合性、真实性、开放性于一体，包含必要的操作名称、化工术语或文字说明，考查知识面广、综合性强、思维容量大。

题干的呈现形式多为流程图、表格和图像；

设问角度一般为操作措施、物质成分、化学反应、条件控制的原因和产率计算等，能力考查侧重于获取信息的能力、分